Der HPB Feststoffakku
Eine neue Grundlagentechnologie.
Sicherer. Langlebiger. Grüner.
Durch die Verwendung des von uns entwickelten HPB Festionenleiters wird die Kapazität unseres Akkus über die Lebensdauer hinweg nahezu konstant bleiben. Egal, wie sehr der Akku beansprucht wird. Unsere Batterietechnologie ist sicher, da unser HPB Festionenleiter nicht brennbar und der Akku nicht explosiv ist. Für die Herstellung werden keine kritischen Rohstoffe benötigt. Auch dadurch verbessert sich die Umweltbilanz um mehr als die Hälfte gegenüber herkömmlichen Akkus.
Die fünfte Generation der Batterietechnologie
Die Energiewende weltweit braucht effiziente Speichertechnologien. In Deutschland hat die Stromproduktion aus erneuerbaren Energien (vor allem Wind und Sonne) die klassische Stromproduktion aus fossilen Energien (vor allem Kohle, Gas und Uran) überholt. Damit die Stromproduktion auf fossile Energieträger langfristig verzichten kann, brauchen Stromproduzenten, Netzbetreiber und Verbraucher Zwischenspeicher.
Die fünfte Batteriegeneration:
1880 Blei-Säure
1900 Nickel-Cadmium
1980 Nickel-Metallhydrid
1990 Lithium-Ionen
2018 HPB Feststoffakku
Alleine in Deutschland beträgt nach aktuellen Berechnungen der Bedarf an Pufferspeichern 11,3 TWh.1 Um diesen immensen Bedarf nur einmalig mit Batterien zu decken, müssten etwa 87 Gigafactories mit einer Jahresproduktion von jeweils 5 GWh mehr als 25 Jahre lang Akkus produzieren. Erst damit wäre bis 2050 der vollständige Ausstieg aus fossilen Energien in Deutschland möglich.
Als neue Grundlagentechnologie leistet unser HPB Feststoffakku hierzu einen wichtigen Beitrag. Die Kombination seiner Eigenschaften ist ein „Game Changer" und Erfolgsfaktor für das Gelingen der Energiewende. Die Eigenschaften unseres HPB Festionenleiters wurden bereits von unabhängigen Forschungsinstituten bestätigt. Die Vorläufertechnologie, die Prof. Dr. Günther Hambitzer noch auf flüssiger Basis maßgeblich entwickelt hat, hat bis heute mehr als 50.000 Ladezyklen erfolgreich absolviert und befindet sich seit 2017 im Einsatz zur Netzstabilisierung in den USA.
Die Deckschicht macht den Unterschied: Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus altern, weil auf ihren Anoden durch Laden und Entladen eine Deckschicht entsteht. Diese wächst über Zeit und mit jedem Gebrauch, sogar umso schneller, je intensiver die Batterie genutzt wird. Dieses Wachsen der Deckschicht verbraucht Kapazität und erhöht den Innenwiderstand, die Leistung des Akkus nimmt ab.
Bei unserer innovativen Batterietechnologie bildet sich beim ersten Laden eine sehr dünne Deckschicht. Danach wächst diese nicht mehr. Durch die Verwendung unseres patentrechtlich geschützten HPB Festionenleiters bleibt der Innenwiderstand über die Lebensdauer hinweg quasi konstant. Egal, wie sehr der Akku beansprucht wird.
Die Anwendungsfelder↗ für unseren HPB Feststoffakku sind vielfältig und betreffen Erzeugung, Verteilung und Verbrauch von Strom.
1 Ilgmann, G. & Polatschek, K., 2019. Vom Zappelstrom. Grüne Energie braucht Speicher. Doch woher die nehmen?
Link ↗ (Zugriff am 16.01.21)
Ein einzigartiger Ansatz für skalierbare Produktion
Zahlreiche Forschergruppen weltweit arbeiten an der Entwicklung von Feststoffakkus. Die verfolgten Ansätze unterscheiden sich vor allem in den favorisierten Batteriechemien. Aktuelle Patentanalysen führen rund 2.900 Patentfamilien auf, die sich mit Festionenleitern befassen1. Diese lassen sich nach chemischer Ähnlichkeit zu Gruppen zusammenfassen, wobei oxidische und sulfidische Festionenleiter gemeinsam rund 80 % der Fälle ausmachen.
Allen diesen Ansätzen gemeinsam sind indes große Herausforderungen bei der Produktion. So haben oxidische Festionenleiter mit hohen Ionenübergangswiderständen an den Materialgrenzen zwischen Elektroden und Elektrolyt zu kämpfen2. Eine Ausnahme bildet der von uns in über 30jähriger Forschungsarbeit entwickelte HPB Feststoffakku. Hier bildet sich der feste HPB Festionenleiter aus flüssigen Ausgangsstoffen direkt in der Zelle. Dadurch können zentrale Produktionsprobleme für Feststoffakkus vermeiden werden.
Die Verwendung flüssiger Ausgangsstoffe hat noch einen weiteren, entscheidenden Vorteil: Sie ermöglicht es, bei der Zellherstellung auf etablierte Produktionstechnologie zurückzugreifen – Technologie, die in der Herstellung herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus mit flüssigem Elektrolyten tausendfach im Einsatz ist. Auf diese Weise lässt sich die Herstellung unseres HPB Feststoffakkus skalieren, ohne dass hierfür eigens neuartige Produktionstechnologien entwickelt werden müssten.
Technologievergleich
Li-Ionen Akkus vs. HPB Feststoffakku
Der konkrete Nutzen für den Kunden ist: billiger (weil langlebiger), bessere Leistung (weil kein Leistungsverlust), sicherer (weil nicht-entflammbarer Elektrolyt (Festionenleiter)) und umweltfreundlicher (weil etwa 50% bessere CO2-Umweltbilanz). Die Kombination der Eigenschaften macht den Unterschied.1
1 HPB (2024): Spec Sheet.
Link ↗.
Kurz-Geschichte des Unternehmens
Das Unternehmen
Die High Performace Battery Holding AG mit Sitz in Teufen/Schweiz kümmert sich um den Aufbau der Gruppe sowie die Finanzierung der Geschäftstätigkeit des Unternehmensverbundes. Die High Performance Battery Technology GmbH mit Sitz in Bonn/Deutschland ist auf die Erforschung und Entwicklung von High-Tech-Akkus spezialisiert. Sie ist eine hundertprozentige Tochter der AG.
Historie
Der Kopf hinter der Forschung ist Prof. Dr. Günther Hambitzer. Unser HPB Feststoffakku ist das Ergebnis einer nunmehr 30jährigen Forschungsleistung von ihm und seinen wissenschaftlichen Mitarbeitern in verschiedenen öffentlichen und privaten Forschungskontexten. Prof. Dr. Hambitzer verantwortet seit 2015 in unserem Unternehmen die Technologieentwicklung. 2010 ist es ihm gelungen, erstmals Batteriezellen herzustellen, welche die Kopplung der Innenwiderstandszunahme an die Kapazitätsabnahme überwanden. Der konstante Innenwiderstand der betreffenden Batteriezellen führte auch damals schon zu einer erheblich längeren Lebensdauer mit deutlich über 30.000 vollen Lade- und Entladezyklen.
Meilensteine
1986: Leitung einer Forschungsgruppe zur Evaluation von Batterietechnologien, bei der Prof. Dr. Hambitzer die grundlegende Idee zur Verhinderung der Batteriealterung entwickelte
1998: Ausgründung aus dem Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie in Pfinztal bei Karlsruhe, um die neue Batterietechnologie in die Produktion zu überführen.
2009: Fertigung von Zellen, mit denen erstmals die Kopplung der Innenwiderstandszunahme an die Kapazitätsabnahme aufgelöst werden konnte
2011: Ausstieg von Prof. Dr. Hambitzer aus der fortu AG, da Investoren das damals noch nicht fertige Produkt in den Markt einführen wollten.
2013: Wiederaufnahme der Forschungsaktivitäten durch Prof. Dr. Hambitzer und Weiterentwicklung der Vorläufertechnologie auf flüssiger Basis zum Feststoffakku.
2018: Anmeldung des Patents zum Festionenleiter als Grundlage unseres Feststoffakkus und Gründung der High Performance Battery Holding AG, die sich um den Aufbau und die Finanzierung der Gruppe kümmert.
Hambitzer, G., 1995. Wiederaufladbares Hochenergiebatteriesystem mit neuem Funktionsprinzip. Witten: Hochschulschrift, Habilitation.
Zinck, L., Borck, M., Ripp, C. & Hambitzer, G., 2006. Purification process for an inorganic rechargeable lithium battery and new safety concepts. Journal of Applied Electrochemistry, Volume 36, Issue 11, November, p. 1291–1295.
Ripp, C., Hambitzer, G., Zinck, L. & Borck, M., 2009. SECONDARY BATTERIES – LITHIUM RECHARGEABLE SYSTEMS-Lithium Ion-Inorganic Electrolyte Batteries. In: Encyclopedia of Electrochemical Power Sources. s.l.:s.n.
Pszolla, C., 2011. Chemische Reaktionen in SO2 basierter Elektrolytlösung zur Charakterisierung von kurzschlussinduzierten Deckschichten auf LiCoO2. Witten: Hochschulschrift.